[发明专利]针对机械装备的可适应性动态设计平台构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机械装备的动态设计平台的构建方法，特别涉及CAX/PDM一体化技术及可适应性设计理念，属于机械工程技术领域。

背景技术

1.机械结构动态设计的研究概述

随着机械动力学这一综合学科的迅猛发展，衍生出了一种针对机械装备的新型设计理论方法——机械动态设计。上世纪30年代，机械结构的动态性能就已经引起了人们高度的重视。随着模态实验技术的发展，机械阻抗测试技术和相关的分析计算软硬件的问世，结构响应函数的测试已经可以实现。在70年代逐步得到发展的快速傅里叶变换和有限元分析技术，为机械结构的数学理论建模和实验动态建模奠定了基础。在上世纪80年代末，机械动态设计理论得到了空前的发展，在多个领域得到了广泛的应用，包括航空航天、交通运输、装备制造业等重要领域都已成为不可或缺的重要环节。机械动态设计是一个非常复杂的耦合设计过程，至今尚未形成科学、完整的理论体系，仍处于初步探索阶段。

基于机械动力学的机械动态设计主要包括三大支撑技术：有限元技术，实验模态技术，结构优化设计。机械结构动态设计的主体流程为：针对目标装备机械动态性能建立相适应的动力学模型，修正动力学模型，模型的动态性能分析及参数识别，基于一定的优化理论对目标机械系统进行参数、结构、拓扑优化。机械产品的动态性能分析涉及到许多相关学科，如机械动力学，刚体动力学，多体动力学，振动力学，实验模态分析理论，有限元理论等，针对不同的机械装备选用不同的分析方法对其结构动态性能进行分析，同时依据目标产品的动态性能对产品作进一步优化，从而保证并提高目标机械装备的工作性能参数。

目前，国内大多数装备制造企业的设计、制造手段落后，同时，机械装备的动态性能分析研究还停留在反馈性质的实验验证阶段，很少能在产品设计之初就引入动态性能分析验证过程，大大制约了产品质量的发展。步入21世纪，机械装备逐渐向超大型化和超小型化的趋势发展，这使得机械装备产品的设计制造成本逐渐增大，如何确保产品具有良好的动态性能已经成为一个关键问题。本发明结合可适应设计理念，全面的规划了针对目标机械装备的动态设计流程，研究开发出的平台服务体系能够快速响应市场需求，并进行科学的动态验证和优化，能够有效提升装备制造企业生产效率和产品的综合性能，提高企业核心竞争力。

2.基于广义模块化思想的可适应性设计理念

所谓适应性，是指主体适应客观条件和约束变化的能力；可适应性是一个主体在构造系统中可以适应客观条件和约束变化的能力；自适应性是主体所具备的一种机能，当环境或约束条件变化时，主体能够主动适应客观条件和约束变化，从而进行正常的活动。可适应设计的最终目就是使设计出的产品具有可适应性。

可适应设计最早由加拿大工程院院士P.GU教授提出，他率先论述了可适应设计理念的目的不应仅局限在企业是否成功，也应该包括对资源环境的保护，并将可适应性定义为产品的服务和功能的延伸。P.GU最早提出了可适应产品的一般概念，并指出了可适应设计的三个核心要素：可适应性度量、功能独立和设计过程模型函数。P.GU对可适应设计的基本概念方法及其工程应用进行了系统的论述，研究比对了可适应设计与其他设计理论的区别和联系。吴秦明等研究了产品可适应性的实现过程，包括可适应模块化设计、可适应平台设计以和可适应接口设计，并且对于每种方法的具体流程做了较为详尽的阐述。